[发明专利]一种基于移动式三维激光扫描技术的隧道衬砌裂缝检测方法

说明书

本发明公开了一种基于移动式三维激光扫描技术的隧道衬砌裂缝检测方法，包括：确定测量路线的长度及路线变化趋势，在测量路线的隧道墙面上布置若干个控制点位；及在扫描车移动时，通过三维激光扫描仪对隧道断面进行静态自检校采集，得到隧道断面点云数据；对隧道断面点云数据预处理；在扫描车移动时通过全站仪测量获取各控制点位坐标，及控制在同一坐标系下；将预处理后的隧道断面点云数据投影到一个隧道标准断面上形成正射灰度平面图；根据正射灰度平面图及各控制点位坐标，量测隧道衬砌表面裂缝数据，并进行标注和统计后输出。本发明可大量获取隧道衬砌表面点云，并以此处理分析获取隧道衬砌表面裂缝信息，使得隧道衬砌裂缝检测更加快速、准确。

技术领域

本发明涉及一种基于移动式三维激光扫描技术的隧道衬砌裂缝检测方法，属于隧道测绘技术领域。

背景技术

随着国家经济快速发展和城市化进程的不断推进，铁路隧道数量不断增加，大大提高了人们出行的便捷性，但是，由于外部环境和地质条件的不断变化，以及设计、施工、管理和周边建筑施工等其他方面的影响，隧道在使用过程中，常常会出现裂缝、渗漏、掉块等病害现象，严重威胁到隧道的正常、安全使用，急需一种高效、准确的检测技术检测隧道衬砌状态。而在裂缝、渗漏、掉块等病害现象中，裂缝更是其他病害的源头，裂缝发育、扩大是出现渗漏和掉块的必然因素，因此高效精确地检测隧道衬砌裂缝尤为重要。

现阶段国内隧道衬砌裂缝检测办法仍然以传统方法为主，主要包括人工探查、裂缝仪测量、摄影测量、地震地质勘探等方法。这些传统检测方法中，人工探查方法是目前实际项目实施中应用最广泛，但也是准确度最低的办法，很多隧道衬砌裂缝是隧道暗环境下无法肉眼识别出来的，因此，会出现大量的漏检裂缝；裂缝仪测量手段是利用特定的裂缝检测仪器，将裂缝进行放大成像进而检测识别裂缝信息，但这种方法不仅效率低，而且只能检测隧道道床两侧的裂缝，隧道顶部及两侧翼较高处的裂缝无法检测到；摄影测量方法是诸多传统测量方法中效率较高的手段，但受到该方法自身对光源环境的苛求，很大程度上限制了该方法在隧道衬砌裂缝检测中的应用；地震地质勘探法实则是一种物探方法，该方法虽然效率尚可，检测的准确性亦佳，但是该方法无法直接获取裂缝的详细信息，需要人为二次普查，这样便降低了作业效率。

三维激光扫描技术是近年来发展的新兴测绘技术，其工作方式是通过仪器发射出的激光对空间内具有一定分辨率的点云进行连续不间断扫描，并以扫描得到的密集点云来表示目标物表面状态。该技术突破了人工探查、裂缝仪测量、摄影测量、地震勘探等传统测量手段低效、缓慢、苛求作业环境的弊端，可以快速、精确获取隧道衬砌表面点云，目前最先进的Leica三维激光扫描仪器已经可以达到100万点云每秒的速度，其快速高效获取点云的特征也契合了隧道衬砌裂缝检测高效精准的要求。不足之处在于，目前相对成熟的地面静站式三维激光扫描技术在隧道裂缝检测应用中，相邻两测站之间存在扫描点云较为稀疏的区域，会对隧道裂缝检测产生影响，甚至检测不出该区段裂缝信息；缩短相邻测站间距可以适当解决这种问题，但相应地会增加扫描设站，增加外业和内业的工作量，降低工作效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对国内现有隧道衬砌裂缝检测技术操作复杂、效率低下、环境要求苛刻、成本高等问题，提供一种基于移动式三维激光扫描技术的隧道衬砌裂缝检测方法，能够在移动过程中不间断、快速、精准获取目标点云，并能以此为媒介检测隧道衬砌裂缝信息。一方面解决了静站式三维激光扫描技术需要不断搬站的复杂、低效问题和相邻两站之间点云稀疏的问题，另一方面解决了摄影测量等技术手段对光源的苛刻要求。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种基于移动式三维激光扫描技术的隧道衬砌裂缝检测方法，包括以下步骤：

步骤1、确定测量路线的长度及路线变化趋势，在测量路线的隧道内布置若干个控制点位；及在扫描车移动时通过三维激光扫描仪对隧道断面进行静态自检校采集，得到隧道断面点云数据；